海洋噪聲

海洋噪聲是水聲信道中的一種干擾背景場，是在海洋中由水聽器接收到的除自噪聲以外的一切噪聲，包括生物噪聲、地震噪聲、雨噪聲、人為噪聲（航海、工業、鑽探等噪聲）等。在海洋噪聲場中，聲波來源廣泛，既有自然聲源，也有人為聲源；不同聲源場產生不同頻率和聲級的噪聲，同一頻率範圍的噪聲可能由一個或多個聲源產生。

基本介紹

• 中文名：海洋噪聲
• 外文名：ocean acoustics
• 包含：生物噪聲、地震噪聲等
• 學科：海洋學

概述

海洋噪聲是水聲信道中的一種干擾背景場，是在海洋中由水聽器接收到的除自噪聲以外的一切噪聲，包括海洋噪聲、生物噪聲、地震噪聲、雨噪聲、人為噪聲（航海、工業、鑽探等噪聲）等。在海洋噪聲場中，聲波來源廣泛，既有自然聲源，也有人為聲源；不同聲源場產生不同頻率和聲級的噪聲，同一頻率範圍的噪聲可能由一個或多個聲源產生。

近年來，隨著人類對海洋的探索，人為的水下噪聲正在威脅著許多魚類及海洋哺乳動物的健康和生殖能力，尤其是一些高強度的噪聲會導致海洋動物聽覺缺失，甚至死亡。導致水底噪音增加的原因主要包括航運船隻、聲納和沿岸建築施工的增多，以及海上鑽井作業和海上風電場的增加等。

海洋噪聲分類

極低頻噪聲

深海環境極低頻噪聲：地球的地殼運動是海洋中極低頻噪聲的主要來源。有一種很強烈且幾乎是連續的震動形式就是微震，其具1/7Hz的準周期性；單次大地震和遠處火山爆發等間歇地震動也是深海低頻噪聲的來源。

除地殼運動外，潮汐、海洋湍流、波浪的海水靜壓力效應等聲源也是水下聲場的貢獻因子。如反向傳播的海面波浪非線性相互作用會產生頻率為5～10Hz以下的環境噪聲，海洋湍流所產生的聲譜在1～20Hz的十倍頻程內。湍流是由海洋中或大或小的無規則水流形成，它會使水聽器、電纜顫動或作響，其內部壓力產生聲效應。湍流壓力的變化還會輻射到一定距離外，即在湍流以外的海水中產生噪聲。

大氣聲源：大氣中發出的聲波能夠耦合進入水下聲場，大氣聲源的性質和傳播特性決定了其對水下聲場的貢獻限定在極低頻頻率與超低頻頻率。其中雷鳴聲可產生30Hz以下的極低頻聲譜，並在10Hz以下能探測其能量。

淺海水下爆破施工：隨著人類對近海岸的開發利用，爆破施工成為目前港口工程建設的重要手段之一。進行水下爆破時，爆炸瞬間的聲波頻率受炸藥性質及裝藥量的輕微影響，頻率為4～10Hz；隨後受水的摩擦力和黏滯力的影響，衝擊波逐漸鈍化為聲波，頻率也會發生改變，變化後卓越頻率為10～105Hz。

超低頻、甚低頻噪聲

低頻超電磁噪聲：目前，海洋環境中出現的超低頻電磁噪聲多與潛艇相關。潛艇周圍的電磁

噪聲主要由軸頻電場和工頻電場在超低頻頻段內的分量產生，並與潛艇航速有直接關係，但由於保密性，國外公開的文獻中並無具體數值可參考。已知對潛艇通信的有效手段主要以甚低頻（3～30kHz）和超低頻（30～300Hz）通信為主，潛艇進行水下超低頻通信時會受到工頻噪聲的干擾，可推斷出潛艇周圍的電磁噪聲為超低頻電磁噪聲。

船舶航行與地震勘探：測量結果表明，在船舶航行頻繁的海區，在5～500Hz頻率範圍內，自然噪聲譜與船舶的輻射噪聲譜極大值相當符合，在此低頻內，船舶航行是全球海洋噪聲的主要來源。每一艘船都具有獨特的聲紋，並隨船速、船況、船載、船上活動甚至船舶航行通過的水體性質而發生變化，目前已有對某些水面船舶種類的輻射噪聲測量資料庫，如倫敦Lloyd's註冊資料庫，它收集了對深海商船輻射噪聲的測量數據，可查閱到某些商船的有效聲紋信息。但軍艦的聲紋數據源被列為機密，由美國海軍研究署等政府部門持有，不能用於科學研究。

中低頻聲納、魚雷：聲納是使用聲能來展示水下物體的物理性質並能定位該物體，其套用範圍廣泛，適應工程指標和布放策略的變化。目前聲納系統兼備軍民套用，分為低頻（10kHz）。通常軍用聲納具備所有頻率範圍，而民用聲納限於較高頻。

工業和建設活動：從位於海邊的電廠到打樁、疏浚、造船、運河水閘結構作業以及港口的日常活動，其類別相當廣泛。人們對進入海洋環境中的這種能量（陸基到海岸線水域的結合）耦合了解的很少。許多活動（如衝擊式打樁、電廠工作、工業機械運轉、疏浚中的機械運動、風力發電等）產生各種聲源級和聲圖案，已有文獻給出了對這些聲源發出水下聲波的測量結果。

除上述外，還有海面粗糙度，大氣聲源、地質聲源與海冰效應，生物發聲等超低頻、甚低頻噪聲。

高頻噪聲

高頻聲納：高頻軍用聲納（10kHz以上）套用於數十至數千米距離的武器和反武器場合，獵雷系統所用的高頻聲納從數十千赫的探測到數百千赫的定位，系統使用脈衝信號並且指向性很強。與軍用聲納相比，民用聲納一般在更高的頻率下工作，其中商用聲納設計用於特殊用途，如測障礙物、測深、探魚等。根據不同套用，商用聲納一般在中心頻率為1～200kHz或更高的窄頻帶內工作。

熱噪聲：由分子擾動產生的熱噪聲是深海自然環境高頻噪聲的主要噪聲源，通過對Wenz譜級圖的分析可以得出，熱噪聲頻率在10kHz以上的頻譜帶上且主要集中在30kHz以上。

生物發聲：能進行高頻發聲的海洋生物大多限于海洋哺乳動物，關於海洋非哺乳動物高頻發聲的文獻報導較少，其中有介紹鰲蝦在其聚居地可發出頻帶為30～200kHz的高頻噪聲。海洋哺乳動物發出高頻聲音主要用於回音定位，齒鯨（海豚和齒科鯨）能發出種群特有的咔噠聲，峰值能量遠高於100kHz，並能發出諧波高達100kHz的哨音。根據錄音調查記錄顯示，斑海豹Phocalargha在空氣中能發出40kHz的高頻聲音，海豚在水下使用頻率在200～350kHz以上的超音波進行“回音定位”。

海洋噪聲對海洋動物的影響

許多海洋動物依靠敏銳的聽覺和複雜的發音系統進行日常活動，如導航、定位、覓食、逃避天敵、個體間交流等，而這些活動必須依賴於聲音。Wartzok等的研究表明，海洋動物總體上在10Hz～200kHz範圍具備功能性聽力，主要分為3種：次聲弓頭鯨科（功能聽力的可能範圍在15Hz～20kHz，其中在20Hz～2kHz有良好的靈度）；高頻聲波物種（在100Hz～100kHz的可變峰值寬頻譜）；超聲主流物種（靈敏度在200Hz～200kHz，峰值譜在16～120kHz）。

海洋噪聲對野生海洋動物的影響

人類進入工業化社會後，海洋噪聲的增長主要與商業航運有關。Andrew等綜合以往的研究進行分析比較，結果表明，在過去33年時間裡，加利福尼亞某地收集的頻段噪聲數據在20～80Hz，增長約10dB，他們將這種變化歸因於商船數量和總噸位的增加。部分商用測深儀和魚探儀工作在50kHz和200kHz兩種頻率下，50kHz頻率正好在海洋哺乳動物的聽力靈敏度範圍內，有些魚探儀在深海和淺海的生物繁殖區工作，將會直接影響到海洋動物。

對個體的影響：暴露在高強度的聲音之下可能導致海洋哺乳動物出現暫時性聽覺缺失，或暫時性的聽覺靈敏度減弱，從而降低其覓食的效率，或阻礙彼此間的溝通。聲級足夠高時，會導致海洋哺乳動物聽力永久性缺失，或聽力的靈敏度永久減弱。曾經在地中海、巴哈馬新普羅維登斯海峽發生的大規模喙鯨Hyperoodontidae擱淺事件，在時空上與正在進行的軍事演習所使用的聲納有關聯，被懷疑是喙鯨聽力損傷所致。

對群體的影響：如果海洋動物無法忍受噪聲的滋擾，將完全改變其活動範圍。如環境噪聲會使它們集體遷移，放棄重要棲息地，從而影響正常的生態系統。噪音干擾的增加還會造成部分海洋哺乳動物的大規模擱淺等。通常情況下，受到影響的海洋動物將被迫調整其活動範圍，一些群體的活動空間將受到限制或壓縮。如動物在休息時比參加集群活動時更容易受到噪聲干擾，處於休息狀態的海豚往往迴避船舶，覓食中的海豚不理睬船舶，參加集群活動的海豚可能會靠近船舶。聲音禁止使動物無法偵查到獵物或動物合作狩獵時不能有效溝通，覓食就會受到影響，從而影響群體的生存。

工程爆破對水產養殖動物的影響

近年來，人類在近海岸進行的各種建設施工活動影響了附近海域水產養殖業發展及野生海洋動物的生存環境。工程爆破作為港口工程建設的重要手段且由於爆破點多在近海岸或水下，對附近水產養殖業和水下生態環境的影響最大。

爆炸物爆炸時，會在瞬間變成高溫高壓的氣體，隨後產生強大的衝擊波。這種衝擊波會使周圍產生瞬時的高壓，並以波動的形式向外傳播，對波及到的生物產生影響。在水中爆炸時，衝擊波最容易損傷的是魚類的膘，除此之外，還有魚類的肝、脾、腎等內部器官。當魚離爆炸源比較近時，除了對魚類的內部器官造成損害以外，對魚的身體外部也會造成損傷。研究表明，魚卵只有在距離爆破點20m以外時，爆破產生的衝擊波才不會對魚卵有明顯的傷害。